Почему колеса автомобиля пробуксовывают физика
2017-11-19 
Машина массы $m$ стоит на горизонтальном покрытии с коэффициентом трения $\mu$. Двигатель машины развивает постоянную мощность $P$, передаваемую на задние колёса машины. Какой путь пройдёт машина при старте с места до окончания пробуксовки колёс? Центр масс машины всегда расположен посередине между передней и задней осью на высоте $h$ от поверхности дороги. Расстояние между осями $L$. Автомобиль разгоняется по прямой с постоянным ускорением, его передние колёса не отрываются от поверхности.
Когда машина разгоняется, на неё действуют четыре силы, изображённые на рисунке — две силы реакции дороги $N_<1>$ и $N_<2>$, сила тяжести $mg$, приложенная к центру тяжести, и сила трения скольжения $F$, приложенная к точке контакта заднего (переднего) колёса с дорогой. Трение скольжения $F = \mu N_<1>$. Мы можем записать второй закон Ньютона для горизонтальной и вертикальной составляющих ускорения и закон рычага для всех сил. Закон рычага (или закон равенства моментов) выражает тот факт, что автомобиль не начинает вращаться вокруг центра масс и, значит, сумма моментов всех сил относительно центра масс равна нулю. Таким образом, мы получим три уравнения динамики:
$N_ <1>+ N_ <2>= mg, F = ma, (N_<1>L — N_<2>L)/2 — Fh = 0$.
Решая эту систему уравнений, мы получим ускорение автомобиля, при условии, что ведущие колёса пробуксовывают: $a = ( \mu g/2)/(1 — \mu h/L)$. Мощность, которая необходима для поддержания пробуксовки колёс, равна $Fv(t) = ma^<2>t$ и растёт со временем. Когда это значение станет больше $P$, ускорение уменьшится, и пробуксовка колёс прекратится. Пройденный за это время путь очевидно равен $s = at^<2>/2 = P^<2>/(2 m^ <2>a^<3>)$.
Ответ. Путь до окончания пробуксовки равен $s = 4P^<2>/(m^ <2>\mu^ <3>g^<3>) \cdot (1 — \mu h/L)^<3>$.
Исследование ответа: Ответ подразумевает дальнейшее исследование, так как множитель в скобках может быть отрицательным (хотя для обычных автомобилей это большая редкость). Нетрудно показать что ситуация когда $(1 — \mu h/L) = 0$, соответствует отрыву передних колёс от земли, что исключено в условии задачи. При дальнейшем уменьшении этого параметра устойчивый разгон с пробуксовкой с опорой на четыре колёса становится невозможным, и решение теряет смысл.
Примечание 1. В случае с задним приводом не очевидно, что пробуксовка прекратится сразу же после уменьшения ускорения. Тем не менее, легко показать, что при уменьшении ускорения сила трения скольжения $\mu N_<1>$ падает медленнее, чем $ma$. Это и значит, что при уменьшении ускорения сила трения будет меньше максимально допустимой силы трения покоя (т. е. силы трения скольжения) и пробуксовки не будет.
Примечание 2. В решении пренебрегается силами сопротивления. Обычно они заметно меньше, чем сила сухого трения колёс о поверхность.
Источник статьи: http://earthz.ru/solves/Zadacha-po-fizike-5225
Почему колеса автомобиля пробуксовывают физика
2017-11-19
Машина массы $m$ стоит на горизонтальном покрытии с коэффициентом трения $\mu$. Двигатель машины развивает постоянную мощность $P$, передаваемую на задние колёса машины. Какой путь пройдёт машина при старте с места до окончания пробуксовки колёс? Центр масс машины всегда расположен посередине между передней и задней осью на высоте $h$ от поверхности дороги. Расстояние между осями $L$. Автомобиль разгоняется по прямой с постоянным ускорением, его передние колёса не отрываются от поверхности.
Когда машина разгоняется, на неё действуют четыре силы, изображённые на рисунке — две силы реакции дороги $N_<1>$ и $N_<2>$, сила тяжести $mg$, приложенная к центру тяжести, и сила трения скольжения $F$, приложенная к точке контакта заднего (переднего) колёса с дорогой. Трение скольжения $F = \mu N_<1>$. Мы можем записать второй закон Ньютона для горизонтальной и вертикальной составляющих ускорения и закон рычага для всех сил. Закон рычага (или закон равенства моментов) выражает тот факт, что автомобиль не начинает вращаться вокруг центра масс и, значит, сумма моментов всех сил относительно центра масс равна нулю. Таким образом, мы получим три уравнения динамики:
$N_ <1>+ N_ <2>= mg, F = ma, (N_<1>L — N_<2>L)/2 — Fh = 0$.
Решая эту систему уравнений, мы получим ускорение автомобиля, при условии, что ведущие колёса пробуксовывают: $a = ( \mu g/2)/(1 — \mu h/L)$. Мощность, которая необходима для поддержания пробуксовки колёс, равна $Fv(t) = ma^<2>t$ и растёт со временем. Когда это значение станет больше $P$, ускорение уменьшится, и пробуксовка колёс прекратится. Пройденный за это время путь очевидно равен $s = at^<2>/2 = P^<2>/(2 m^ <2>a^<3>)$.
Ответ. Путь до окончания пробуксовки равен $s = 4P^<2>/(m^ <2>\mu^ <3>g^<3>) \cdot (1 — \mu h/L)^<3>$.
Исследование ответа: Ответ подразумевает дальнейшее исследование, так как множитель в скобках может быть отрицательным (хотя для обычных автомобилей это большая редкость). Нетрудно показать что ситуация когда $(1 — \mu h/L) = 0$, соответствует отрыву передних колёс от земли, что исключено в условии задачи. При дальнейшем уменьшении этого параметра устойчивый разгон с пробуксовкой с опорой на четыре колёса становится невозможным, и решение теряет смысл.
Примечание 1. В случае с задним приводом не очевидно, что пробуксовка прекратится сразу же после уменьшения ускорения. Тем не менее, легко показать, что при уменьшении ускорения сила трения скольжения $\mu N_<1>$ падает медленнее, чем $ma$. Это и значит, что при уменьшении ускорения сила трения будет меньше максимально допустимой силы трения покоя (т. е. силы трения скольжения) и пробуксовки не будет.
Примечание 2. В решении пренебрегается силами сопротивления. Обычно они заметно меньше, чем сила сухого трения колёс о поверхность.
Источник статьи: http://earthz.ru/solves/Zadacha-po-fizike-5225
Почему колеса автомобиля пробуксовывают физика
1. Коэффициент трения скольжения меньше коэффициента трения покоя. Поэтому, когда колеса крутятся, со стороны дороги на них действует большая сила трения, чем в том случае, когда они скользят. На сухом ровном асфальте коэффициент трения покоя (колеса не проскальзывают) достигает 0,8, тогда как при скольжении он не превышает 0,6. Когда начинается скольжение («заклинивание колес»), асфальт и шины могут расплавиться, и тогда автомобиль будет двигаться по тонкому слою жидкости. Чтобы затормозить автомобиль с «заклиненными» колесами (при прочих равных условиях) должен пройти расстояние, на 20% большее, чем при вращающихся колесах. Поэтому автомобиль останавливается быстрее всего, если к тормозам прикладывать усилие, чуть меньшее того, при котором колеса заклиниваются.
P.S. При скольжении колес возникает опасность бокового «заноса» автомобиля, так как при этом движение вбок может быть вызвано даже очень малой силой.
2. Сила трения между шиной и дорожным покрытием не зависит от площади контакта, так что широкие шины без протектора ничем не лучше узких. Если колеса автомобиля пробуксовывают, когда он трогается с места (так во время гонок бывает на старте), то широкие шины имеют определенное преимущество, потому что у них нагрев распределяется по большей площади и, следовательно, снижается вероятность того, что шина расплавится (при плавлении шины сильно уменьшается коэффициент трения).
3. Скорость вращения возрастает под действием кориолисовой силы. В инерциальной системе отсчета изменение скорости вращения балерины вызывается внутренними силами взаимодействия различных частей ее тела Когда балерина прижимает руки в туловищу, линейная скорость рук должна уменьшиться. Следовательно, на них со стороны туловища действуют силы. В свою очередь руки действуют на туловище, благодаря чему скорость его вращения увеличивается.
4. Обычный удар причиняет сравнительно небольшой ущерб, так как в основном он сводится просто к толчку противника. Резкий удар каратэ нацелен на несколько сантиметров в глубь тела, поэтому рука соприкасается с телом в тот момент, когда она имеет максимально возможную скорость. При резком коротком ударе рука взаимодействует с небольшим участком тела, сообщая ему большие ускорения и, следовательно, вызывая большие деформации. При обычном (“затянутом”) ударе ускорение сообщается большому участку тела (масса которого соответственно велика). При этом как полу-. чаемое им ускорение, так и его деформация невелики.
5. Если цель состоит в том, чтобы деформировать предмет (как, например, при ковке), то предпочтительней неупругий удар. При каждом таком ударе молоток теряет тем большую часть своей энергии, чем меньше его масса. Поэтому при ковке лучше пользоваться легким молотком. При забивании сваи желательно передать ей возможно большую кинетическую энергию и возможно меньшую энергию терять на деформацию. Следовательно, в этом случае лучше пользоваться тяжелым молотом.
6. При резком торможении на повороте машина наклоняется вперед; давление на передние колеса увеличивается, а на задние — уменьшается. При этом на повороте зад машины может занести в сторону. При ускорении автомобиля давление на его задние колеса возрастает и их сцепление с дорогой улучшается.
7. Начальная скорость вращения колес должна быть мала, и момент сил, действующих на колеса со стороны трансмиссии и двигателя, должен быть меньше момента сил трения покоя. Иначе колеса будут проворачиваться — “буксовать”. Какую передачу выбрать, зависит от опыта водителя и плавности работы сцепления. Если водитель привык “газовать”, трогаясь с места, то момент сил можно уменьшить вдвое, начиная движение со второй передачи. ( В этом случае нагрузка передается от двигателя через шестерни с меньшим передаточным числом и сила, действующая на колеса, уменьшается.)
8. Вначале скорость зависит от сцепления колес автомобиля с дорожным покрытием. Чем лучше сцепление, тем меньшее время затрачивается на прохождение начальной части дистанции, однако в дальнейшем сцепление влияет на скорость незначительно (изменение скорости не превышает нескольких процентов). Максимальная скорость, которой автомобиль достигает на финише, определяется мощностью двигателя.
9. Когда жучок лежит вверх ногами, особый выступ на передней части его тела мешает распрямиться, чтобы совершить прыжок. Какое-то время он накапливает мышечное напряжение, затем, резко изогнувшись. подбрасывает себя вверх. Прежде чем жучок снова сможет подпрыгнуть, он должен снова медленно “напрячь” мышцы.
10. Если вас не связали, попытайтесь бросить ботинок или что-нибудь другое в направлении, противоположном тому, в котором вы хотите передвинуться. Если трение о лед полностью отсутствует, то полный импульс системы должен оставаться равным нулю, и поэтому вы начнете скользить в нужную сторону.
Источник статьи: http://physics03.narod.ru/Interes/Pochemu/o_din1.htm
Почему колеса автомобиля пробуксовывают когда он трогается с места при гололеде
При последовательном сопротивлении мощности складываются. Мощность каждой плитки равна U²/R, мощность двух плиток равна 2U²/R, тепло. отданное за время t равно 2U²t/R.
Тепло, полученное системой равно МС(100 — Т) + mc(100 — T).
Таким образом 2U²t/R = 100(MC+mc) — T(MC+mc).
T = [100(MC+mc) — 2U²t/R]/(MC+mc). ≈ 20°С
Самолет можно рассматривать как точку при расчете
1)пути,пройденного им за 1 час.
В случаях:
— его массы
— его длинны
— давления — нельзя рассматривать как точку.
Эквивалентное сопротивление резисторов r2 и r3 r23=r2+r3=9 Ом.
Эквивалентное сопротивление r2345 резисторов r2,r3,r4 и r5 определяется по формуле: 1/r2345=1/r23+1/r4+1/r5. Отсюда 1/r2345=1/9+1/9+1/9=1/3 и r2345=3 Ом. Тогда эквивалентное сопротивление всей цепи r=r1+r2345=22+3=25 Ом. Ток в цепи i=u/r=50/25=2 А. Напряжение на зажимах трёх параллельно включённых цепей с сопротивлениями r2 и r3, r4, r5 u1=u-i*r1=50-2*22=6 В. Ток в цепи резисторов r2 и r3 i23=u1/r23=6/9=2/3 А, ток в цепи резистора r4 i4=u1/r4=6/9=2/3 А, ток в цепи резистора r5 i5=u1/r5=6/9=2/3 А. Составляем уравнение баланса мощностей: u*i=i²*r1+(i23)²*r2+(i23)²*r3+(i4)²*r4+(i5)²*r5. Подставляя в это уравнение найденные значения, получаем тождество 50*2=4*22+3*(2/3)²*9, или 100=100. Значит, токи найдены верно.
Ответ: r=25 Ом, i=i1=2 А, i2=i3=i23=i4=i5=2/3 А.
Источник статьи: http://otvet.ws/questions/3605080-pochemu-kolesa-avtomobilya-probuksovyvayut-kogda-on-trogaetsya-s.html